5回目の講義ノート

シミュレーション物理 5

運動方程式の方法 :

サブルーチンの使い方

サブルーチン (subroutine)

•

_{多くのプログラムは，小さい部分に分割出}

来る

•

_{例えば運動方程式の方法の場合；}

–

_{初期値を決める}

–

_{時間発展を行う}

–

_{結果を書く}

•

_{このとき，時間発展の部分はいろいろなプ}

ログラムで同じ構造をしている；時間 t の状

態を運動方程式に従って t+t にするだけ。

サブルーチンを使う理由

•

_{スペースの節約}

•

_{デバッグがしやすい}

一度書いて間違いがないことを確かめたらもう

そのまま直さないでよい

関数とサブルーチン

•

_{関数： exp(x), sin(x) のように変数を与え}

てある手続きで別の数を出すも

の。 Fortran90 を始め，ほとんどのプログ

ラミング言語では，我々が自分で関数を

作ることが出来る。

•

_{サブルーチン：変数に対してある手続き}

を行い，別の変数を作るプロセス。変数

は複数でもよい。

関数プログラムの例

ここでは華氏から摂氏の変換プログラムを扱う。

摂氏＝ ( 華氏 -32)*5/9

（私は華氏 68 度＝摂氏 20 度として，それからのずれを 5/9 0.5

≒

して，計算している。例えばニュースで華氏 80 度と言われたら

(80-32)*5/9=26.67

_{をやらず， (80-68)/2+20=26 と概算してる。）}

program fahrenheit2celsius

!---! This is a program to convert F to C ! 2005/5/16 Written by T. Ohtsuki

!---implicit none ! Always begin with this statement integer,parameter::double=selected_real_kind(14) real(kind=double):: fahrenheit,celsius

!---main

program---print *, "Input temperature in Fahrenheit." read *, fahrenheit

celsius=f2c(fahrenheit)

print *,"It is ",celsius,"degree in celsius"

contains

!--- Subroutines ---function f2c(temperature)

!---! function to convert fahrenheit to celsius

!---IMPLICIT NONE

integer,parameter::double=selected_real_kind(14) REAL(kind=double), INTENT(IN) :: temperature REAL(kind=double):: f2c

f2c=(temperature-32._double)/1.8_double END function f2c

end program fahrenheit2celsius

別のやり方：ファイルを分ける

program fahrenheit2celsius

!---! This is a program to convert F to C ! 2005/5/16 Written by T. Ohtsuki

!---implicit none ! Always begin with this statement integer,parameter::double=selected_real_kind(14) real(kind=double):: fahrenheit,celsius interface function f2c(temperature) integer,parameter::double=selected_real_kind(14) real(kind=double)::f2c real(kind=double),intent(IN)::temperature end function f2c end interface !---main

program---print *, "Input temperature in Fahrenheit." read *, fahrenheit

celsius=f2c(fahrenheit)

print *,"It is ",celsius,"degree in celsius" end program fahrenheit2celsius

これは fahrenheit2celsius2.f90 として save

このプログラムでは f2c の

変数の型がわからないので

この interface で判断させる

関数を独立させる

function f2c(temperature)

!---! function to convert fahrenheit to celsius

!---IMPLICIT NONE

integer,parameter::double=selected_real_kind(14)

REAL(kind=double), INTENT(IN) :: temperature

REAL(kind=double):: f2c

!interface

を使わない例

f2c=(temperature-32._double)/1.8_double

END function f2c

前のを fahrenheit2celsius2.f90, これを f2c.f90 と名付ける。

f90 fahrenheit2celsius2.f90 f2c.f90

で実行ファイルを作る。

これは f2c.f90 として save

関数のモジュール化

•

_{似たような関数をまとめたい}

–

_{モジュール化}

–

_{例えば華氏摂氏の逆で摂氏華氏を行う関}

program fahrenheit2celsius

!---! This is a program to convert F to C

! 2005/5/16 Written by T. Ohtsuki

!---use temperaturelibs

implicit none ! Always begin with this statement

integer,parameter::double=selected_real_kind(14)

real(kind=double):: fahrenheit,celsius

!---main

program---print *, "Input temperature in Fahrenheit."

read *, fahrenheit

celsius=f2c(fahrenheit)

print *,"It is ",celsius,"degree in celsius"

print *, "Input temperature in Celsius."

read *, celsius

fahrenheit=c2f(celsius)

print *,"It is ",fahrenheit,"degree in fahrenheit."

end program fahrenheit2celsius

モジュールとはこんなもの

!---! function to convert fahrenheit to celsius

!---IMPLICIT NONE

integer,parameter::double=selected_real_kind(14) REAL(kind=double), INTENT(IN) :: temperature REAL(kind=double):: f2c

f2c=(temperature-32._double)/1.8_double END function f2c

function c2f(temperature)

!---! function to convert fahrenheit to celsius

!---IMPLICIT NONE

integer,parameter::double=selected_real_kind(14) REAL(kind=double), INTENT(IN) :: temperature REAL(kind=double):: c2f

c2f=temperature*1.8_double+32 END function c2f

モジュールの形のプログラムの

コンパイルの仕方

•

_{まず使うモジュールプログラム（ここでは}

temperaturelibs.f90

とする）を、あらかじめコン

パイルしておく。

• f90 -c temperaturelibs.f90

(-c

はコンパイルだけ

やり、実行ファイルは作るなというオプション )

　すると、 temperaturelibs.o, temperaturelibs.mod

というファイルができる。

•

_次に

f90 fahrenheit2celsius3.f90 temperaturelibs.o

というコマンドで実行ファイルを作る。

サブルーチンとは？

•

_{関数に似ている}

•

_{関数よりも広く，}

_手続き

_{を行う。一群の変}

数をいれると一群の変数を返してくれる

•

_{一つの関数の値だけでなく，例えば行列を}

変数にすると，その固有値，固有ベクトル

を返してくれるようなものがサブルーチン

•

_{具体的に， f2c をサブルーチンの形で書き}

直そう。

program fahrenheit2celsius

!---! This is a program to convert F to C

! 2005/5/16 Written by T. Ohtsuki

! 2005/5/17 subroutine version

!---implicit none ! Always begin with this statement

integer,parameter::double=selected_real_kind(14)

real(kind=double):: fahrenheit,celsius

!---main

program---print *, "Input temperature in Fahrenheit."

read *, fahrenheit

call f2c(fahrenheit,celsius)

print *,"It is ",celsius,"degree in celsius"

end program fahrenheit2celsius

subroutine f2c(fah,cel)

!---! function to convert fahrenheit to celsius

!---IMPLICIT NONE

integer,parameter::double=selected_real_kind(14)

REAL(kind=double),

INTENT(IN)

:: fah

REAL(kind=double),

INTENT(OUT)

:: cel

cel=(fah-32._double)/1.8_double

END subroutine f2c

課題　

•

_{中点法のプログラムをサブルーチン化す}

る。

•

_{来週の授業までに出す。出来た人は，落}

下運動のプログラムにこれを適用し，

動

作を確認して

，来週の出席メールに添付

すること。